許多新興應用都需要強大的射頻分析工具，記錄時間尺度以及傳統的頻率軸和振幅軸。如今的許多射頻訊號每時每刻都在變。有些出現跳頻，有些則短暫地出現尖峰，然後消失。許多訊號可能有複雜的轉換，在片刻間就發生變化。這些活動可能產生各自的副作用，例如隨機瞬態、干擾、開關異常情況等等。這些現象有什麼共同點呢？答案是時間，時間是再也不能忽視的軸。
本文探討需要射頻工具執行的基本測量任務，以便明確時間在數位射頻領域的關鍵性，並比較訊號發現、觸發、記錄和分析方法。
射頻發射類別
數位射頻的演變帶來了數量多得史無前例的設備，同時降低其成本和功耗，整套通訊系統整合在單晶片中。在日益短缺的頻譜中進行的資訊發射逐漸增多，必須不斷提高每單位頻寬資料速率以及能和射頻設備及系統和平共處的複雜通訊協定。通訊協定的主要目標是在短時間內於盡可能小的頻寬中發射資料分組，同時把干擾降至最低。儘管雷達系統不是為通訊而設計，但兩者之間有相似的頻譜效率和最小干擾目標，還有額外的安全性和避免探測目標。這導致了幾個射頻發射類別，其中包括：
- 只在一個資料單位的短暫時間內接通的發射，一旦資料發送完畢，就把頻譜釋放給其他用途。在許多情況下，這些短暫發射的時間安排是未知和且隨機的。
- 在與超寬頻(UWB)和碼分多址(CDMA)情形相同的時間共用相同頻譜的系統。
•認知無線電(CR)在特定時間點和位置調節頻率、轉換和功率，以便適應頻譜環境，並建立在先前知識基礎上。
•共用封裝：多個射頻元件在單一封裝內。
•共用矽晶片：射頻元件與時脈速率處於GHz範圍的數位CPU共用同一晶片。
Click here to view table.
射頻測量面臨的挑戰
現在來考慮目前的射頻工具需要執行的基本測量任務，其目的是使設計者能實現各自目標。不論是哪種形式，這些任務在監視、物理學研究等各類射頻發射和跨度應用當中是共通的。
描述頻率漂移的功能—必須描述頻率穩定時間和回應的功能，以確保元件符合功能和操作需要，需要不間斷地記錄頻率隨時間變化的訊號。
檢測干擾訊號及其來源—干擾訊號來來去去，經常是由來自有意或無意的系統內外開關活動引起的。透過記錄許多個別的干擾實例以及前後時間，就有可能找到肇事頻率的位置，並判斷其來源。
找到和分析瞬態訊號—瞬間的頻率變化，不論是突波還是有意發射，都可能會在較穩定、甚至電平較高的訊號當中意外出現，檢測工作需要隔開所要觀察的事件。
記錄和分析基頻之外的通道化訊號—基頻訊號經常向上轉換到特定的通道化工作頻帶，名為帶通。帶通訊號可彈性轉換，因此必須記錄所觀察的頻帶中、特定時間內發生的一切。需要不間斷的頻譜記錄，以便探索訊號的頻譜、時間及轉換特徵。
分析自適應數位轉換— 隨著頻寬變得更加珍貴，並且安全性變得更加重要，自適應數位轉換正在日益常用和複雜。在躍遷期間的無線故障排除過程中，一個關鍵步驟是分析轉換品質，以及它與訊號的頻域和時域功能之間的關係。為了超越標準，經常需要做測試，其中的特別原因沒有定義實施。在檢查這份射頻測量任務清單時，很顯然，許多新興應用都需要強大的射頻分析解決方案：一種記錄時間尺度以及傳統的頻率軸和振幅軸的工具。
目前有三類射頻訊號分析儀可供使用，掃掠式頻譜分析儀(SA)、向量訊號分析儀(VSA)、即時頻譜分析儀(RTSA)。下面，我們將更仔細地研究每種儀器滿足新興數位射頻設計要求的能力。
掃掠式頻譜分析儀
傳統的掃掠式頻譜分析儀在關心的頻率範圍 掃掠解析度頻寬(RBW)濾波器，由此執行振幅與頻率測量。它的缺點是它每次只記錄一個頻率中的振幅資料。需要比較穩定、不變化的輸入訊號。在圖1中，掃掠在檢查Ta時刻的頻段，而在較高頻率正在發生瞬間失常。當掃掠在Tb時刻到達較高的頻段時，失常已經消失了。它沒有得到檢測。無法按照定義的訊號功能來執行觸發，也無法積累長期訊號行為的記錄。
向量訊號分析儀
出現了向量訊號分析儀， 旨在滿足數位轉換訊號的獨特要求。
與掃掠式SA不同的是，VSA被最佳化用於轉換測量。它記錄整個訊號以及瞬間發生的任何數位轉換效果，並把記錄儲存到記憶體中。該過程也有局限，無法由頻率定義事件來觸發記錄。
射頻即時頻譜分析儀
隨著時變訊號在射頻應用中變得更常見，對射頻採集和分析替代方法的需要變得更急切。出現了即時頻譜分析儀，以便解決這個測量難題。RTSA在三種頻譜分析儀體系結構當中很獨特，能按照頻域事件觸發，然後記錄和分析處於其實時頻寬範圍內的任何通帶訊號。
圖2描繪了RTSA體系結構。整合式下變頻器確定即時頻寬在任何達到分析儀上限的通帶上的位置。濾波後，下變頻訊號經過一個將其數位化的ADC。這實現了頻域事件的即時觸發、訊號被記錄到記憶體中，以及時域、頻域、轉換域的多域分析。
RTSA的數位中頻體系結構允許隨時間連續記錄訊號。一旦被頻率定義事件觸發，訊號隨後會被存在記憶體中，作為時間的無縫連續記錄。
RTSA是唯一最佳化用來產生三維顯示—頻率、功率(振幅)、時間—的射頻訊號分析儀。
顯示問題
認識麆暋D通常是第一步，數位射頻的特定問題經常是間接發現的。某設備內的瞬態也許會導致另一設備內更高的誤碼率。由於自發的干擾或瞬間干擾，雷達也許偶爾會提供不準確的目標資訊。功率放大器中的熱或電記憶效應也許會導致資料丟失或對鄰道的瞬間干擾。計算密集型軟體副程式的執行也許會導致電源電壓變化，這會影響射頻發射品質。
為了使射頻設計者能發現問題，太克電子公司推出數位螢光即DPX技術，來模擬可變暫留CRT。太克即時頻譜分析儀中使用的數位螢光頻譜分析的實現結合了顯示處理和專用DSP硬體，後者執行頻率轉換的速度比傳統頻譜分析儀快幾個數量級。DPX技術的速度幾乎是每秒50,000次跡線更新，頻譜更新數量約為傳統掃掠式頻譜分析儀的100,000%。
來自每次轉換的資訊在DPX引擎中被結合起來，該引擎以全動速率產生顯示畫面。該引擎包含統計暫留處理，允許隨時間全動查看訊號行為。它還使散佈在強訊號當中的弱訊號變得立即可見，並突出顯示罕見的短時事件。暫留調節使用戶能為變化的訊號狀況最佳化顯示功能，比如動態訊號的實況射頻視圖、單一發生事件的發現等等。這就揭示了以前無法透過傳統頻譜分析儀或向量訊號分析儀查看的訊號行為。其他即時頻譜分析儀功能提供了按照訊號行為執行觸發的手段，把這些訊號記錄在記憶體中，並在時域、頻域、轉換域分析。
測試儀器需反應設計複雜性
隨著射頻訊號變得更複雜並且可預測性降低，設計者需要瞭解跳頻、EMI瞬態等時變訊號行為。儘管有若干儀器可用於射頻測量，但只有RTSA提供必要的觸發、記錄、分析功能，提供設計者順應射頻設計領域的新趨勢。
作者簡介
Darren McCarthy為太克公司射頻測試市場開發經理。
